物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉佳

摘 要：倉(cāng)儲(chǔ)管理的特點(diǎn)是能夠充分利用倉(cāng)儲(chǔ)資源有計(jì)劃、有組織地控制和協(xié)調(diào)倉(cāng)儲(chǔ)管理的各個(gè)部分。文章設(shè)計(jì)出一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，它的原理是利用RFID技術(shù)對(duì)物品進(jìn)行各種信息采集，如產(chǎn)品編號(hào)、存放位置等，通過(guò)相關(guān)代碼對(duì)物品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別后，再對(duì)物品進(jìn)行入庫(kù)、出庫(kù)和揀取等一系列過(guò)程操作，從而達(dá)到智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理的目的。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；倉(cāng)儲(chǔ)管理；智能化

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電商大軍的崛起，物聯(lián)網(wǎng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在物流、交通、家居和公共安全等領(lǐng)域。如今倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的管理不僅要求能夠減輕工作人員的工作量，還要求提高工作效率，所以可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一系列的功能。

物聯(lián)網(wǎng)指的是將無(wú)處不在的末端設(shè)備和設(shè)施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，“外在使能”地如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無(wú)線終端的個(gè)人與車(chē)輛等，“智能化物件或動(dòng)物”或“智能塵埃”，通過(guò)各種通信設(shè)備無(wú)線或有線的，長(zhǎng)距離或短距離通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、應(yīng)用大集成以及基于云計(jì)算的軟件即服務(wù)（Software-as-a-Service，SaaS）營(yíng)運(yùn)等模式。在內(nèi)網(wǎng)、專(zhuān)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬(wàn)物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營(yíng)”一體化[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)的需求分析

如今的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)和庫(kù)存管理以及運(yùn)輸流轉(zhuǎn)作業(yè)已十分復(fù)雜化多樣化，僅靠人工記憶和錄入，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且容易出錯(cuò)，給企業(yè)帶來(lái)巨大損失。在這個(gè)大背景下，物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)針對(duì)倉(cāng)庫(kù)的商品和單據(jù)，倉(cāng)庫(kù)作業(yè)的記錄、核對(duì)和管理，增加了倉(cāng)庫(kù)管理，提高了效率，減少了人工成本，提高了倉(cāng)庫(kù)利用率，明顯增加了經(jīng)濟(jì)效益。

2 總體方案設(shè)計(jì)

本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的具體要求和實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行了具體的分析，最終確立了物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的整體組成。所設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框如圖1所示。

該系統(tǒng)采用ARM芯片來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)，采用STM32，內(nèi)嵌ARM Cortex-M3內(nèi)核，具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)。片上集成多達(dá)512 KB的嵌入式Flash存儲(chǔ)器，64 KB以上的嵌入式SRAM，3種低功耗模式（休眠、停止、待機(jī)模式）。

RFID射頻模塊使用MF RC522讀卡器，MF RC522是一個(gè)以13.56 MHz運(yùn)行的高集成非接觸式讀寫(xiě)卡芯片，支持ISO14443A/ MIFARE，采用3.3 V電源電壓，具有體積小、電壓低、成本低的特點(diǎn)。

傳感器模塊采用DHT11數(shù)字濕度傳感器，DHT11是一款復(fù)合的溫濕度傳感器，它含有已經(jīng)校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，并用其進(jìn)行輸出。它有專(zhuān)門(mén)的數(shù)字模塊用來(lái)采集和傳感空氣中的溫濕度，以保證產(chǎn)品具有卓越的可靠性與長(zhǎng)期的穩(wěn)定性[2]。

顯示模塊采用LCD1602液晶顯示器，是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊[3]，其特點(diǎn)是低電壓、低功耗、硬件電路和程序設(shè)計(jì)都比較簡(jiǎn)單。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 STM32F103芯片

STM32F103xx增強(qiáng)型系列的核心采用了ARM 32位的Cortex?-M3CPU，它的工作頻率為72 MHz，高達(dá)90 DMips，1.25 DMips/MHz。存儲(chǔ)器采用的是從32 K字節(jié)至128 K字節(jié)閃存程序存儲(chǔ)器（從6 K字節(jié)至20 K字節(jié)SRAM，具有多重自舉功能）[4]，它采用2.0～3.6 V供電和I/O管腳進(jìn)行供電，工作溫度﹣40°C～105 °C，這意味著STM32芯片的優(yōu)點(diǎn)是功耗特別低，提高工作效率的同時(shí)也能有效地保護(hù)芯片不被燒壞。它還內(nèi)嵌了4～16 MHz高速晶體振蕩器、經(jīng)出廠調(diào)校的8 MHz的RC振蕩器、40 kHz的RC振蕩器、PLL供應(yīng)CPU時(shí)鐘、使用外部32 kHz晶體的RTC振蕩器，這些振蕩器使得STM32具有豐富和強(qiáng)大的功能。

STM32F103xx有內(nèi)置閃存器、內(nèi)置SRAM、嵌套的向量式中斷控制器（NVIC）、外部中斷/事件控制器（EXTI）等多個(gè)控制器，這些控制器為STM32芯片提供了更多的功能和更穩(wěn)定的特性。STM32F103芯片引腳如圖2所示。

3.2 MF RC522射頻卡

MF RC522是一種應(yīng)用于13.56 MHz的非接觸式高集成度的讀寫(xiě)芯片，數(shù)據(jù)是雙向傳輸?shù)?，速率?24 kbit/s。它采用了調(diào)制、解調(diào)的基本原理，能將手機(jī)信息全部集成到13.56 MHz下各種非接觸通信和協(xié)議中，此讀寫(xiě)器支持ISO 14 443 A/MIFARE，通信距離可根據(jù)天線的長(zhǎng)度和調(diào)諧達(dá)到50 mm。發(fā)送器部分在無(wú)其他電路的情況下可以驅(qū)動(dòng)天線與ISO 14 443 A/MIFARE卡和應(yīng)答機(jī)之間的通信。

MF RC522芯片與單片機(jī)之間的連接十分簡(jiǎn)單，一般情況下我們采用的是串行外設(shè)接口通信（Serial Peripheral Interface，SPI）SPI通信，它是一種高速的、全雙工、四線同步雙向串行通信總線。SPI通信接口包括4種信號(hào)：MOSI（主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出/從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入）、MISO（主輸入/從輸出）、SCLK（主設(shè)備產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)）、SSEL（從設(shè)備片選使能信號(hào)）。MF RC522引腳連接如圖3所示。

單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)SCK，MF RC522讀寫(xiě)器通過(guò)引腳MOSI將接收到的數(shù)據(jù)傳回單片機(jī)，經(jīng)過(guò)處理后將數(shù)據(jù)從MISO傳給MF RC522，傳輸時(shí)，MOSI和MISO都是高位字節(jié)在前，低位字節(jié)在后。

3.3 DHT11濕度傳感器